第3章 转座子与遗传重组精要.ppt

Holliday模型特点 Holliday模型又叫做双链入侵模型，因为该模型中，每一个DNA分子有一条链入侵到另外一个DNA分子中。 但是本模型要求重组时两个DNA分子要并排对齐，而且必须在同一个部位几乎同时产生断裂，以分别产生一个单链。这个要求对于细胞来说太高，无法解释为什么会同时同地出现断裂。 目前认为这个模型在解释异源双链的最初起源方面是不正确的，但是其中提出的“Holliday连接体”和“支链迁移”两个概念则被保留下来继续使用。 双链断裂模型 1983年利用高灵敏技术在酵母中所做的实验发现，酵母中的同源重组的发动是由一条DNA分子双链断裂而引起的。 后来在细菌和噬菌体和低等真核生物中也发现这种双链断裂开始的同源重组。更多的试验表明，同源重组的启动是由于双链断裂，而不是单链断裂。 Szostak, J. W., Orr-Weaver, T. L., Rothstein, R. J., and Stahl, F. W. (1983). The double-strand-break repair model for recombination. Cell 33, 25-35. 双链断裂模型认为，重组发生于一个DNA分子的两条链均被切断，细胞中的一种II型DNA拓扑异构酶将被切断的DNA分子连接起来确保不会彼此完全脱离。 每一端中有一条链被核酸外切酶修剪，结果末端形成有大约500bp左右的3’端突出结构。 其中的一个以单链入侵的方式侵入同源的DNA分子，寻找同源的序列。 断裂的链被DNA聚合酶延长，结果也会形成Holliday 连接体，沿着异源双链区域移动。 这里，被剪切的DNA延伸时是以未被切除的DNA一方的对应区域为模板的。同样，这里的Holliday连接体也会以某种方式被解开，从而产生重组。 双链断裂模型 SpoII 是一种拓扑异构酶，双链断裂后，它将双链连接起来，防止分开。 双链断裂模型目前得到实验数据的支持，在酵母体内已经发现了类似与大肠杆菌重组时的各种蛋白的同源蛋白。目前认为，生物体内的一般性重组都是由双链断裂发动的，减数分裂也是由双链断启动的。 但是也有的遗传学家认为在高等的动物体内，DNA双螺旋反复经常性的断裂不大可能的，因此该模型也不能解释所有的现象，有待进一步完善。 进行同源重组至少要有多长的同源序列呢？ 实验证明如果同源顺序短于75bp，则重组频率大降低。这个长度要比两条互补的单链形成双链所需的长度（约10bp）要长得多。? 同源重组中所需要的酶的种类和功能 目前发现大肠杆菌中有几个不同的重组系统，分别称为RecBCD，RecE和RecF途径。 其中最重要的是RecBCD途径，当这个系统不能工作时由RecE系统代替，而当RecE途径不能发挥作用时就由RecF途径取代，确保细胞内的重组能够进行。 参与同源重组的酶有很多，如RecA、RecB、RecC、RecD、RecF、RecO、RecR、RuvA、RuvB、 RuvC等等。 其中最重要的是RecA，参与各种途径的重组系统。 首先在大肠杆菌中发现这些酶，随后在其他 的不同生物中均发现了这些酶的同源基因。 RecA主要功能是促进DNA单链与同源双链分子发生链的交换，使DNA配对、Holliday中间体的形成，分支移动等得以产生。 当RecA与DNA单链结合时，数千RecA单体协同聚集在单链上，形成螺旋状纤丝。 RecA蛋白分子质量为38 000，它与单链DNA结合形成螺旋纤丝。此复合物可与双链DNA作用，部分解旋以便阅读碱基序列，迅速寻找与单链互补的序列。 互补序列一旦被找到，单链与双链中的互补链配对，同源链被置换出来。交换沿单链5-3方向进行，直至交换终止，在此过程中由RecA水解ATP提供能量。 RecA 蛋白的功能 单链DNA上覆盖RecA蛋白形成的粗丝 任何部位的单链DNA均可借助RecA与同源双链DNA进行链的交换。 RuvA RuvB RuvC的功能 由于DNA分子具有螺旋结构，在持续进行链的交换时需要两DNA分子发生旋转。RecA能够介导单链绕入另一DNA分子，一旦Holliday中间体形成，即由RuvA和RuvB蛋白促进异源双链的形成。 RuvA蛋白能够识别Holliday联结体的交叉点，RuvA四聚体结合其上形成四方平面的构象，使得分支点易于移动，RuvA还帮助RuvB6(或8)聚体结合在双链DNA上，位于交叉点上游。 RuvB是—种解螺旋酶，通过水解ATP而推动分支移动。RuvAB复合物的移动速度约为10-20bp／s。 RuvA与交叉点结合 RuvB与双链DNA结合 RuvC分开连接体 RuvA四聚体与交叉点结合 DNA变异有两条途径，突变和遗传重组，它们都会引起遗传物质的改变进而引起蛋白质的改变，最终通过自然选择得以保存